半导体激光器边缘绝热封装改善慢轴光束质量

发布时间：2020-12-16 10:07

　　为了削弱激光器工作时芯片横向温度不均而导致的热透镜效应对慢轴发散角的影响,提高慢轴的光束质量,引入了边缘绝热封装方式,即在激光器芯片两侧与过渡热沉之间加入空气隙,以降低两侧的传导散热。利用有限元分析软件ANSYS 18.0对该封装结构中激光器芯片的温度进行仿真。结果表明:当工作电流为1.6 A,芯片与热沉的接触宽为200μm时,慢轴发散角由普通封装时的11.5°减小至8.2°,降幅为28%,光束参数积和光束质量因子也分别降低了28%和24%,热阻增大了6%。边缘绝热封装对器件激射波长、阈值电流、电光转换效率的影响很小。 

【文章来源】：中国激光. 2020年01期 北大核心

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

边缘绝热封装原理示意图

当W为100 μm时,不同热功率(Pth)下半导体激光器边缘绝热封装COS的温度分布云图如图2所示。从图2可以看出,芯片温度的最高点在有源区中心,芯片出光面的温度分布为从中心向两侧逐渐降低。慢轴(平行于PN结)方向的温度分布数据如图3所示。从图3可以看出:在W=100 μm的条件下,当Pth=0.5 W时,芯片的工作温度在慢轴方向从两侧到中心由25.94 ℃升高到26.06 ℃,温差为0.18 ℃,温度梯度较小;当Pth=1.5 W时,芯片工作温度在慢轴方向从两侧到中心由27.82 ℃升高到28.18 ℃,温差为0.36 ℃;当Pth从0.5 W升高至1.5 W时,激光器芯片温度整体升高了2 ℃,且芯片两侧与其中心区域的温差增大,芯片横向温度梯度有所变大。随着热功率增大,芯片的结温随之升高,平行结平面方向的温度分布变得陡峭,折射率变化明显,由(8)、(9)式可以计算得到热透镜焦距随热功率的升高而减小,从而使得慢轴发散角随热功率的增大而增大。

从图2可以看出,芯片温度的最高点在有源区中心,芯片出光面的温度分布为从中心向两侧逐渐降低。慢轴(平行于PN结)方向的温度分布数据如图3所示。从图3可以看出:在W=100 μm的条件下,当Pth=0.5 W时,芯片的工作温度在慢轴方向从两侧到中心由25.94 ℃升高到26.06 ℃,温差为0.18 ℃,温度梯度较小;当Pth=1.5 W时,芯片工作温度在慢轴方向从两侧到中心由27.82 ℃升高到28.18 ℃,温差为0.36 ℃;当Pth从0.5 W升高至1.5 W时,激光器芯片温度整体升高了2 ℃,且芯片两侧与其中心区域的温差增大,芯片横向温度梯度有所变大。随着热功率增大,芯片的结温随之升高,平行结平面方向的温度分布变得陡峭,折射率变化明显,由(8)、(9)式可以计算得到热透镜焦距随热功率的升高而减小,从而使得慢轴发散角随热功率的增大而增大。3.2 不同接触宽度W下激光器边缘绝热封装COS的热分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]980 nm高功率DBR半导体激光器的设计及工艺[J]. 乔闯,苏瑞巩,李翔,房丹,方铉,唐吉龙,张宝顺,魏志鹏.  中国激光. 2019(07)
[2]大功率半导体激光器波导热透镜效应及对慢轴光束发散角的影响[J]. 宋健,高欣,闫宏宇,张晓磊,张哲铭,徐雨萌,顾华欣,刘力宁,薄报学.  中国激光. 2018(10)
[3]高功率密度激光二极管叠层散热结构的热分析[J]. 井红旗,仲莉,倪羽茜,张俊杰,刘素平,马骁宇.  发光学报. 2016(01)
[4]高工作温度抽运用大功率激光二极管研究[J]. 陈宏泰,车相辉,徐会武,张世祖,林琳,任永学,安振峰.  中国激光. 2010(11)
[5]高光束质量大功率半导体激光阵列的热特性[J]. 王智群,尧舜,崔碧峰,王智勇,沈光地.  中国激光. 2010(10)
[6]大功率半导体激光器阵列的稳态和瞬态热行为[J]. 袁振邦,王警卫,吴迪,陈旭,刘兴胜.  中国激光. 2009(08)



本文编号：2919979